第11章現(xiàn)代加工技術(shù)-加工參數(shù)優(yōu)化

第十一章加工參數(shù)優(yōu)化11.1概述11.2加工參數(shù)優(yōu)化11.3加工數(shù)據(jù)庫△11.4專家系統(tǒng)△11.1概述

11.1.1加工參數(shù)優(yōu)化的方法加工參數(shù)優(yōu)化的定義加工參數(shù)優(yōu)化就是尋求一組最優(yōu)的加工參數(shù)使得加工過程中某一指標達到最佳狀態(tài)。優(yōu)化目標優(yōu)化范圍的制約條件加工參數(shù)優(yōu)化的方法

(1)加工參數(shù)的解析優(yōu)化解析優(yōu)化的定義探索優(yōu)化目標、制約條件與可控變量之間的關(guān)系，建立起優(yōu)化目標函數(shù)和制約函數(shù)，構(gòu)成一個優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，根據(jù)這個模型，按一定的策略探求目標函數(shù)的極值，從而確定相應(yīng)的最佳加工參數(shù)。解析優(yōu)化的參數(shù)模型：理論建模實驗建模解析優(yōu)化的類型：靜態(tài)優(yōu)化動態(tài)優(yōu)化解析優(yōu)化的約束條件解析優(yōu)化的常用算法線性規(guī)劃，圖解法……加工參數(shù)解析優(yōu)化的主要過程加工過程參數(shù)測量加工過程參數(shù)測量加工數(shù)據(jù)采集與處理加工參數(shù)的經(jīng)驗公式加工過程參數(shù)數(shù)學(xué)描述加工參數(shù)理論公式加工過程理論描述優(yōu)化目標函數(shù)優(yōu)化約束函數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的求解用戶(2)加工參數(shù)的試驗優(yōu)化試驗優(yōu)化的方法就是通過工藝試驗來確定相對較優(yōu)工藝參數(shù)的一種方法。最常用的試驗方法是正交試驗正交試驗法在尋求最佳工藝參數(shù)、最佳工藝配方和最佳試驗條件方面是一種行之有效的試驗方法。11.1.2加工數(shù)據(jù)庫加工數(shù)據(jù)庫就是長期存儲在計算機中的、有組織的、可共享的優(yōu)化了的加工工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)集合。加工數(shù)據(jù)庫的分類加工數(shù)據(jù)庫發(fā)展現(xiàn)狀切削數(shù)據(jù)庫數(shù)控加工數(shù)據(jù)庫電解加工數(shù)據(jù)庫加工數(shù)據(jù)庫的建立可以提高加工效率，降低成本11.2加工參數(shù)的優(yōu)化建立優(yōu)化模型優(yōu)化約束條件極其函數(shù)優(yōu)化處理靜態(tài)優(yōu)化動態(tài)優(yōu)化11.2.1優(yōu)化模型的建立

1.優(yōu)化目標函數(shù)對加工過程進行優(yōu)化的目標有：

最大生產(chǎn)率：最短的加工時間最低加工成本：最低的生產(chǎn)費用最大利潤率：單位時間內(nèi)該工序的利潤最大(1)最大生產(chǎn)率目標函數(shù)生產(chǎn)率單件生產(chǎn)總耗時有效加工時間tm；工件裝卸及工具的加工準備時間tf；每次工具的更換時間tt，單個工件的等效時間其中對于車削(2)最低加工成本目標函數(shù)本工序加工時間的費用Cs；本工序的工具使用費用Ct，如切削過程中的磨刀費用，它等于每次磨刀折算到該工序的費用；其它各種費用之和Cw，式中，k為本工序單位時間所分配的費用；KT為每次工具使用費用。(3)最大利潤率目標函數(shù)利潤率p是指單位時間內(nèi)的利潤，它可以根據(jù)產(chǎn)品的價格Pj和單件加工成本Cd的差值來計算。工序的單件利潤為：Pd=Pj-Cd單件加工時間為td利潤率為2.優(yōu)化約束條件及其函數(shù)

(1)約束來源機床特性的約束工件質(zhì)量的約束刀具的約束夾具的約束技術(shù)制約來源含意最小進給量Rfl機床機床可能實現(xiàn)的最小進給量工件為了形成切屑所允許的最小進給量最大進給量Rfh機床機床可能實現(xiàn)的最大進給量機床主軸轉(zhuǎn)矩所允許的最大進給量工件工件表面粗糙度所允許的最大進給量工件尺寸精度所允許的最大進給量刀具刀具變形所允許的最大進給量最低速度Rvl機床機床所能實現(xiàn)的最低切削速度工件工件表面質(zhì)量所允許的最低切削速度最高速度Rvh機床機床所能實現(xiàn)的最大切削速度工件工件表面質(zhì)量所允許的最大切削速度最大功率Rp機床機床主電機所允許的最大切削功率最小耐用度RT刀具為了保證刀具耐用度不小于規(guī)定的最小值所允許的最大進給量和切削速度(2)約束條件函數(shù)最小進給量的限制最大進給量的限制機床可能實現(xiàn)的最大進給量工件表面粗糙度所允許的最大進給量刀具變形所允許的最大進給量(2)約束條件函數(shù)最大進給量的限制機床主軸轉(zhuǎn)矩所允許的最大進給量機床尺寸精度所允許的最大進給量(2)約束條件函數(shù)最低切削速度的限制機床可以實現(xiàn)的最低切削速度工件表面質(zhì)量要求所允許的最低切削速度(2)約束條件函數(shù)最高切削速度的限制機床可以實現(xiàn)的最大切削速度工件表面質(zhì)量要求所允許的最大切削速度(2)約束條件函數(shù)機床電機功率所允許的最大進給量和切削速度(2)約束條件函數(shù)刀具合理的耐用度所允許的最大進給量和切削速度(2)約束條件函數(shù)對最大進給量制約對最小進給量的制約11.2.2靜態(tài)優(yōu)化

1.靜態(tài)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型及其求解方法建立目標函數(shù)并確定加工參數(shù)可選擇的范圍以后，將二者結(jié)合起來，就構(gòu)成了一個完整的加工優(yōu)化數(shù)學(xué)模型（以成本目標函數(shù)為例）成本目標函數(shù)C－RTCmin－RTCmin－RPC－RPC－RfhCmin－Rfhlgv成本目標函數(shù)的空間曲面成本目標函數(shù)和求解范圍2.靜態(tài)優(yōu)化問題求解實例

(1)技術(shù)參數(shù)問題：用C620普通車床加工圓柱體工件，已知：工件材料：45鋼，正火。毛坯尺寸：直徑dw＝68mm，長度L＝300mm。切削刀具：機床性能：刀具耐用度主切削力

徑向切削力要求選擇合理切削用量，使加工成本最低，并保證加工要求。(2)經(jīng)濟參數(shù)與加工要求經(jīng)濟參數(shù)機床費用k＝0.1元/min

工具費用KT=1.08元準備時間tf＝1.5min

換刀時間tt=0.8min加工要求粗糙度Ra=5m；尺寸精度60h9。(3)建立目標函數(shù)加工單邊總余量為4mm：粗車取ap＝3mm，半精車取ap＝1mm，粗車后粗糙度Ra20m，尺寸為62h11粗車和半精車的機加工時間將ap=3mm、ap=1mm分別代入，得到粗車和半精車刀具耐用度成本目標函數(shù)(4)建立制約條件函數(shù)①最小進給量的制約（Rfl）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，機床可實現(xiàn)的最小進給量為0.08mm，已有②最大進給量的制約（Rfh）表面粗糙度對最大進給量的限制（Rfh1）粗加工時有在半精加工時加工精度對最大進給量的限制（Rfh2）粗加工：1.56-f>=0半精加工:0.52-f>=0由表面粗糙度和加工精度的要求：粗加工：0.8-f>=0

半精加工：0.395-f>=0③最低切削速度的限制（Rvl）④

最大切削速度的限制（Rvh）粗加工：半精加工：⑤

機床電機功率的限制（Rp）粗加工：半精加工：⑥刀具合理耐用度的限制（RT）粗加工：半精加工：(5)建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型將所得到的目標函數(shù)和制約函數(shù)結(jié)合起來，就構(gòu)成了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。粗車過程的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型半精車過程的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型計算制約條件對應(yīng)的成本曲線的交點和極值點成本曲線的交點坐標

：成本曲線的極值點坐標

極值判斷粗車時:

半精車時：11.2.3動態(tài)優(yōu)化

1.動態(tài)優(yōu)化模型動態(tài)優(yōu)化把切削過程看作是運動的，即考慮那些隨時間而變化的擾動對加工過程的影響。由于各參數(shù)不再是一個常數(shù)，而是在一定的范圍內(nèi)變動，靜態(tài)優(yōu)化允許解范圍的界線在坐標平面內(nèi)由一條直線變成了一條帶狀區(qū)域。由于各參數(shù)的變動，動態(tài)模型的目標函數(shù)也在一定的范圍內(nèi)變化，則由目標函數(shù)確定的優(yōu)化參數(shù)在坐標平面內(nèi)也從一條直線變成了具有一定帶寬的帶狀區(qū)域。采用各種傳感器，對